【導讀】如果將如何設(shè)計防止毛刺發(fā)生的時鐘切換電路及危害告訴大家，大家知道后直接用這個電路就好了，但是如果你忘記了或者沒見過這個電路是不是就無從下手了！所謂知其然也要知其所以然，只有知道了防毛刺的時鐘切換電路設(shè)計思路才能夠融會貫通！
這里從一個角度，通過電路設(shè)計技巧來闡述防毛刺時鐘切換電路的設(shè)計思路。希望看過之后，不用參考文章就能夠自己設(shè)計出這個電路。
對于一個時鐘切換電路，輸入兩個異步時鐘clk0、clk1，以及一個選擇信號sel。
(1) 假設(shè)不考慮glitch，直接使用Mux就可以完成切頻。電路如下：
由于clk0/clk1/sel之間是異步關(guān)系，時鐘切換會發(fā)生在任意時刻，有一定的概率會發(fā)生glitch. glitch的危害文章里已經(jīng)詳述，這里不再重復。
(2) 由于sel和clk0和clk1都是不同步的，我們可以從sel同步的方向入手，假如sel需要和clk0和clk1進行同步，那么sel必須分成兩路，一個和clk0同步，一個和clk1同步，同步之后的sel訊號再和clk0/clk1 gating起來，就可以讓問題簡單化。為了將sel分成兩路，并且clk0/clk1需要分別gating, 那么可以將mux邏輯用and/or設(shè)計出來，如下：
當然此Mux電路還可以用兩個or加上一個and來實現(xiàn)，都可以。 注意G0和G1兩點就是分別對clk0和clk1進行g(shù)ating. 將來會在G0/G1點插入同步DFF.
(3) 將上面電路拆開成兩部分，一部分電路通過sel產(chǎn)生sel+和sel-兩路，另一部分電路是gating mux電路, 如下：
對于一個時鐘切換電路，輸入兩個異步時鐘clk0、clk1，以及一個選擇信號sel。
(1) 假設(shè)不考慮glitch，直接使用Mux就可以完成切頻。電路如下：
只需要將sel-接上G0, sel+接上G1就是一個mux電路。將電路分開，是為了后續(xù)技巧性的功能替換。
(4) 將part0電路換成同樣功能的帶反饋的組合電路(為何要這樣做，屬于電路設(shè)計直覺和技巧)。最常見帶反饋的電路是RS觸發(fā)器，因此可以將part0換成如下電路。
(5) 將part0_a或者part0_b替換part0電路，功能不變。如下：
不過，此時插入同步DFF的地方就多了一個選擇， 如果直接在G0, G1插入同步DFF, clk0和clk1的gating時間先后順序不確定，還是有可能發(fā)生毛刺。而在s0和s1處插入同步DFF, 正好利用反饋，讓時鐘切換按照安全的順序進行：
(1) 先gating住之前選擇的時鐘
(2) 然后再放開將要選擇的時鐘
在(1)和(2)之間， 輸出時鐘一直都是無效狀態(tài)（對于2and + 1or的mux來說，無效狀態(tài)就是0)
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(6) 按照上面的分析，得到電路如下：
注意幾點：
(1) 對s0插入的DFF需要用clk0作為時鐘, 對于s1插入的DFF需要用clk1作為時鐘。
(1) 對s0插入的DFF需要用clk0作為時鐘, 對于s1插入的DFF需要用clk1作為時鐘。
(2) 后一級的DFF必須使用clock下降沿，因為是用AND門進行g(shù)ating(如果用上升沿，則更容易出現(xiàn)毛刺)。如果換成2個OR+1個AND的MUX, 則必須用上升沿。
(3) 必須插入兩級DFF防止metal stable, 前一級可以用上升沿，也可以用下降沿，用上升沿是為了節(jié)省時間。
(4) 所有的DFF 復位值都是0，即讓clk_out處于無效狀態(tài)。
(5) 必須滿足先gating后放開的順序，如果不滿足，可以在G0/G1處各插入一個反相器。(用part0_b搭配part1的時候需要插入反相器，如下圖)
(6)搭配不同的part0電路和part1電路，經(jīng)過稍許修改，都可以完成防毛刺切頻電路的設(shè)計。
